一种用于两级化学反应器系统的采样控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于两级化学反应器系统的采样控制方法及系统，通过建立两级化学反应器系统的状态空间模型，针对一个采样周期内系统是否发生切换的情况各自设计李雅普诺夫函数及其控制信号，并且设计了采样周期与平均驻留时间，最后证明了闭环系统的稳定性，得出了完整的用于两级化学反应器系统的采样控制方法。本发明专利技术通过设计控制器增益与采样周期，设计过程灵活，可根据不同情况设计出更合适的控制器，且控制效果显著，能够使控制成本显著降低，具有较高的工程实用价值。具有较高的工程实用价值。具有较高的工程实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种用于两级化学反应器系统的采样控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及控制科学与控制工程
，特别涉及一种两级化学反应器系统的采样控制方法及系统。

技术介绍

[0002]两级化学反应器是一种常见的非线性系统，由于其热交换能力强、产品质量稳定和低成本等优点，在化工生产的核心设备中占有重要地位，被广泛应用于染料、医药试剂、食品及合成材料等工业生产中。系统的控制变量主要包括反应物的温度、浓度等，对这些变量的控制效果将直接影响到化工产品的生产质量。因此，两级化学反应器系统在模型和控制方面具有较高的研究价值。
[0003]随着控制理论与计算机技术的融合与发展，采样控制方案成为研究热点，与连续时间控制系统不同，采样控制系统由连续时间被控对象以及采样控制器构成。在采样控制系统中，仅利用可测系统状态在采样时刻的信息构造控制器。两采样时刻之间的时间间隔称为采样周期。随后，通过零阶保持器将离散的控制信号转化为连续时间控制信号，即在采样间隔内保持控制量，从而该连续信号作为被控对象的输入在整个采样周期内对系统进行控制。目前，对两级化学反应器系统的控制策本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于两级化学反应器系统的采样控制方法，其特征在于，顺序执行：步骤一、根据两级化学反应器系统的结构，建立两级化学反应器系统的数学模型，根据数学模型进一步建立两级化学反应器系统的状态空间模型；步骤二、在步骤一建立的两级化学反应器系统的状态空间模型的基础上，引入坐标变换，根据一个采样周期内两级化学反应器系统是否发生切换的情况，构造相应的李雅普诺夫函数和控制律；步骤三、设计采样周期；步骤四、设计平均驻留时间，再次构造李雅普诺夫函数，证明闭环系统的稳定性。2.如权利要求1所述一种用于两级化学反应器系统的采样控制方法，其特征在于，步骤一中，两级化学反应器系统的数学模型如(1)式所示：其中，q
σ
为进料流速，V为反应器的体积，反应物入口浓度，C
A
为反应物原料A在反应器内搅拌后的浓度，a0为反应速率常数，E为活化能，R为气体常数，T
CSTR
为反应器温度；反应物入口温度，ΔH为反应焓，ρ为流体密度，C
P
为流体的热容量，UA为传热常数，V
P
为流体的体积，T
c
为冷却液温度。3.如权利要求2所述一种用于两级化学反应器系统的采样控制方法，其特征在于，步骤一中，根据式(1)，建立的两级化学反应器系统的状态空间模型如式(2)所示：其中，x1＝C
A
，x2＝T
CSTR
，表示系统状态，σ(t)为切换信号，u代表控制器输入，f
1,σ(t)
,f
2,σ(t)
分别表示对应状态x1和状态x2的连续非线性函数，h
1,σ(t)
,h
2,σ(t)
代表了控制增益，控制器输入u表示为：t
k
为第k个采样时刻。4.如权利要求1所述一种用于两级化学反应器系统的采样控制方法，其特征在于，步骤二中，若在一个采样周期内两级化学反应器系统发生切换，执行以下步骤(2.1)和步骤(2.2)，若在一个采样周期内两级化学反应器系统未发生切换，执行以下步骤(2.3)和步骤(2.4)：(2.1)当一个采样周期内切换信号满足σ(t
k
)＝σ(t
k+1
)＝l，引入坐标变换：z1＝x1,z
2,l
＝x2‑
α
1,l
,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)x1，x2表示系统状态，α
1,l
为虚拟控制器；
控制信号设计为：其中，其中，其中，分别是h
1,l
的最大值、最小值，λ
1,l
、c
1,l
、c
2,l

【专利技术属性】
技术研发人员：段朝霞，韩雨辰，戴君，吴泽成，封雨纯，封虎，曾寅寅，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：